3.3.2. Фрактографический анализ

Фактографический анализ (изучение структуры поверхности разрушения, т.е. изломов) является эффективным средством анализа причин эксплуатационных повреждений в КМ.

При хрупком внутризеренном (транскристаллитном) разрушении происходит излом, при котором трещины распространяются обычно вдоль плоскости с малыми индексами. Чаще всего такое разрушение наблюдается в металлах с ГПУ-решеткой вдоль базисной плоскости, в металлах с ОЦК-решеткой разрушение сколом, как правило, не наблюдается. Очевидно, что плоскость разрушения меняет свою ориентировку от зерна к зерну, образуя так называемые фасетки (грани).

Внутрикристаллитный скол придает блеск излому, который кажется гладким при визуальном осмотре. В микроскопе видно, что скол не идеально гладок: на его поверхности обычно имеются ступеньки, придающие структуре вид ручьистых узоров. Следует отметить, что в поликристаллических образцах вид этих узоров при переходе от зерна к зерну меняется, так как плоскость разрушения меняет свою ориентировку. Это позволяет по фрактограмме измерить средний размер зерна в КМ.

По основным деталям рельефа (взаимное расположение, направление ступенек ручьистого узора) можно выявить очаги главной трещины. Чаще всего этот очаг располагается вблизи границы матрицы и армирующей фазы в КМ, в узлах пространственно-ориентированной арматуры, а также вблизи избыточных фаз на границе зерен. При фрактографическом анализе с использованием больших увеличений можно установить также очаги вторичных трещин и характер их локального расположения.

При вязком разрушении излом имеет ямочную структуру. В результате происходит образование и рост множества микропор (микротрещин) при внутризеренном разрушении, сопровождающемся существенной пластической деформацией перемычек между развивающимися микропорами. Поверхность такого вида разрушения матовая, неровная, чаще всего со следами пластической деформации в виде грубых полос скольжения. Диаметр ямок колеблется в пределах 0,5...20 мкм. По форме и глубине ямок можно судить о величине пластической деформации, схеме напряженного состояния и вязкости разрушения. Обычно ямки среднего размера оконтурены гребнями отрыва. Гребни отрыва часто имеют острый край и соответственно контрастное изображение. На гребнях отрыва могут наблюдаться сильно вытянутые ямки, а также плоские бесструктурные участки рельефа, напоминающие расслоение в плоскостях скольжения. При вязком разрушении зерна шероховатая ямочная поверхность разрушения в общем случае не имеет сходства с поверхностями, видимыми на микрошлифах.

На поверхности разрушения КМ могут образовываться отдельные участки со структурой, типичной как для хрупкого, так и для вязкого разрушения. Это отражает переход от первоначального вязкого к хрупкому характеру развития трещины.

По технике фрактографического анализа различают макрофрактографию, т.е. изучение характеристик поверхности разрушения при увеличениях не более 50 и микрофрактографию, т.е. изучение рельефа излома КМ при увеличении больше 50.

Универсальными возможностями обладает метод растровой электронной микроскопии, так как здесь возможно изучение поверхности изломов КМ как при малых, так и при больших увеличениях, причем с глубиной резкости примерно в 300 раз большей, чем у световой микроскопии.